Elettroliti ed oligoelementi

L'acqua costituisce circa il 60-70% del peso corporeo di un individuo adulto e si suddivide in compartimento intracellulare (acqua contenuta nelle cellule, circa il 50% del totale) ed extracellulare (presente fondamentalmente nel plasma e nel liquido linfatico). L'acqua viene assunta per via orale con cibi e bevande e passa, attraverso l'apparato gastrointestinale, in circolo venendo eliminata in quantità equivalenti attraverso urine, feci, sudore ed espirazione. L'acqua presente nell'organismo funge principalmente da solvente inerte in cui sono disciolti i diversi soluti, organici ed inorganici, ed in cui avvengono tutte le principali reazioni biochimiche indispensabili per la vita. Gli elettroliti presenti nei liquidi biologici sono rappresentati da quelle sostanze inorganiche, di norma sali, presenti in forma dissociata come ioni positivi (cationi), principalmente sodio, potassio, calcio e magnesio, e ioni negativi (anioni) principalmente cloruri, bicarbonati e fosfati. La funzione principale degli elettroliti plasmatici risiede nella regolazione di importanti processi fisiologici tra cui ricordiamo:

-il mantenimento dell'equilibrio osmotico

-il mantenimento dell'idratazione nei vari compartimenti dell'organismo

-il mantenimento dell'elettroneutralità e la stabilizzazione del pH dell'organismo

-la regolazione dell'equilibrio acido-base dell'organismo

-effetti sull'eccitabilità delle membrane delle cellule nervose

-funzioni di attivatori e/o cofattori in diverse reazioni enzimatiche.

Gli oligoelementi sono sostanze presenti in quantità estremamente ridotte nell'organismo (nel'ordine dei microgrammi), di norma associate in maniera complessa a proteine; ciò nonostante essi rivestono un ruolo essenziale per la funzionalità dell'organismo, sono infatti implicati nel mantenimento dell'equilibrio idrico, nel rafforzamento delle strutture dello scheletro, nella sintesi e nell'azione di enzimi, ormoni ed anticorpi.

Sodio Potassio Calcio Cloro Fosforo
Ferro Magnesio Zinco Rame Manganese



Sodio (Na+)

Il sodio è il principale catione presente nei liquidi extracellulari e riveste un ruolo fondamentale nel mantenere la quota idrica dell'organismo. Il fabbisogno alimentare giornaliero è di circa 4-6 g ed il suo contenuto nell'organismo viene regolato fondamentalmente a livello renale, grazie all'azione di una serie di ormoni di cui il più importante è l'aldosterone, a sua volta sotto il controllo del sistema renina-angiotensina. Una diminuzione del sodio (iponatriemia) può essere dovuta ad un eccesso di acqua senza un concomitante incremento del sodio, o a deplezione sodica. L'iponatriemia si manifesta clinicamente in maniera sfumata con confusione mentale e letargia, e la sintomatologia è tanto più grave quanto più rapida è la discesa dei livelli di sodio; per livelli di sodio al di sotto dei 115 meq/l può manifestarsi ipereccitabilità neuro-muscolare, stupor, convulsioni e coma che può condurre rapidamente al decesso. Al contrario, un aumento del sodio (ipernatriemia), generalmente è il riflesso di una deplezione idrica non accompagnata da corrispondente diminuzione di sodio, o, più raramente di un sovraccarico di sodio. Il sintomo principale dell'ipernatriemia è la presenza di sete. I segni clinici dell'eccesso di sodio sono dovuti alla disidratazione delle cellule cerebrali che conduce ad un'alterazione delle funzioni cerebrali, si hanno infatti, stato confusionale, ipereccitabilità neuro-muscolare, convulsioni e coma.    

Potassio (K+)

Il potassio è il principale catione presente nei liquidi intracellulari e solo piccole quantità sono rilevabili nel plasma. Le riserve dell'organismo sono piuttosto scarse e, quindi, questo catione può andare soggetto a deplezione in maniera molto rapida. Il potassio risulta importante non solo ai fini del mantenimento dell'osmolalità intracellulare, ma anche perché riveste importanti funzioni metaboliche, è infatti coinvolto come cofattore in diversi processi enzimatici, ma soprattutto ha un ruolo importante nell'eccitabilità delle cellule nervose e nella trasmissione degli impulsi nervosi. In particolare, il potassio presenta un ruolo diretto sul ritmo e sulla contrattilità cardiaca, di conseguenza, anche piccole variazioni nella sua concentrazione possono avere notevole influenza sull'attività del miocardio. Le variazioni delle concentrazioni plasmatiche del potassio in genere hanno un'origine multicausale: una diminuzione del potassio (ipokaliemia) di solito è originata da una deplezione del catione che può derivare da una perdita da parte dell'organismo per vomito, diarrea, iperattività surrenalica (iperaldosteronismo da terapia corticosteroidea o da altre sindromi metaboliche quale ad esempio il morbo di Cushing e l'iperinsulinemia). Anche una ridotta assunzione di potassio con la dieta può condurre ad un'ipopotassiemia, così come un'errata ridistribuzione del catione tra compartimento intra- ed extracellulare oppure un'eccessiva perdita dello stesso per via renale e/o intestinale come può accadere anche con l'uso di particolari farmaci lassativi o diuretici. Clinicamente l'ipokaliemia si manifesta con sintomi nervosi, muscolari e cardiaci (debolezza, tetania ed alterazioni elettrocardiografiche) e con disturbi a livello digestivo (nausea, vomito, anoressia) e renale (poliuria). Una iperkaliemia, al contrario, viene ad instaurarsi quando l'accumulo di potassio nei liquidi intracellulari è maggiore della sua eliminazione, ciò è causato nella maggior parte dei casi da un'insufficienza renale che porta ad una sua diminuita escrezione urinaria o a situazioni in cui si verificano massive distruzioni cellulari, come nel caso di grandi ustioni, crisi emolitiche o trattamenti chemioterapici antitumorali. Altre cause rilevanti nel determinare una iperkaliemia possono essere un eccesso nella somministrazione del catione in casi di terapia con dosaggi eccessivi o una ridotta secrezione per calo degli scambi sodio-potassio o per ipoaldosteronismo (come morbo di Addison). Gli effetti clinici di una iperkaliemia sono prevalentemente a carico del miocardio e comprendono alterazioni elettrocardiografiche e bradicardia che può procedere fino ad asistolia e conseguente arresto cardiaco. Altri effetti tossici del potassio si verificano a carico del muscolo scheletrico e si presentano con debolezza muscolare che può evolvere fino alla paralisi flaccida.  

Cloro (Cl-)

I cloruri sono i principali anioni presenti nel compartimento extracellulare dell'organismo, circa il 70% del cloro totale dell'organismo si trova in questa sede. Il fabbisogno giornaliero è in genere assicurato attraverso l'introduzione alimentare di cloruro di sodio, mentre la sua eliminazione avviene principalmente per via renale attraverso le urine e, in piccola parte, attraverso il sudore. La principale funzione dei cloruri è quella di assicurare l'elettroneutralità, accompagnando lo ione sodio negli spostamenti attraverso le membrane cellulari. Il cloro svolge, inoltre, un'importante funzione a livello gastrico, dove attraverso la secrezione di acido cloridrico nello stomaco contribuisce alle funzioni digestive, oltre ad agire come attivatore di diversi enzimi. In generale le alterazioni dei cloruri plasmatici sono contestuali a quelle del sodio anche se esistono rilevanti eccezioni come l'ipocloremia da perdita di succo gastrico e l'ipercloremia non associata a ipernatriemia in alcuni disturbi dell'equilibrio acido-base e dopo terapie con elevati quantitativi di soluzione fisiologica e di ammonio cloruro.

Calcio

Il calcio è il minerale di gran lunga più abbondante nell'organismo umano, in un individuo di 70 Kg di peso, infatti, è contenuto circa 1 Kg di calcio. Il suo metabolismo è strettamente correlato a quello dei fosfati. Quasi tutto il calcio presente nell'organismo così come circa l'80% dei fosfati, si trova localizzato nel tessuto osseo, come fosfato di calcio inorganico, il quale oltre a rivestire una funzione meccanica, è sottoposto ad una notevole attività metabolica (Paratormone e Vitamina D) in conseguenza della quale vi è un continuo riassorbimento e deposito di sali di calcio, quindi in ultima analisi il tessuto osseo funge da serbatoio di calcio e contribuisce all'omeostasi del calcio e dei fosfati nei fluidi biologici. Nel plasma, in cui la concentrazione di calcio viene mantenuta entro limiti piuttosto ristretti, il calcio si trova per circa la metà legata alle proteine in forma non diffusibile, mentre la parte rimanente è quasi tutta in forma di calcio ionizzato (Ca++), con un 5-10% residuo di calcio complessato con citrati e fosfati. La frazione ionizzata del calcio è quella che riveste la maggiore importanza dal punto di vista funzionale, è infatti questa la frazione responsabile degli effetti eccitatori neuro-muscolari, nonché dei meccanismi di regolazione delle varie frazioni del calcio regolati attraverso la produzione del paratormone. Il calcio svolge numerose azioni metaboliche nell'organismo, è infatti implicato nella mineralizzazione delle ossa, nei processi della cascata coagulativa e nei fenomeni di eccitabilità neuro-muscolare. A livello intracellulare, inoltre, il calcio risulta implicato nell'attivazione neuronale, nella contrazione muscolare, nel controllo della secrezione e dell'azione di ormoni e fattori di crescita e nella regolazione della trascrizione genica e delle attività metaboliche cellulari. Un'ipercalcemia può presentarsi con i classici sintomi quali stanchezza, nausea e vomito, sete e poliuria, costipazione intestinale e disturbi psichici con confusione mentale e delirio che può progredire fino al coma per valori di calcemia molto elevati. La conseguenza maggiormente pericolosa di un'ipercalcemia prolungata nel tempo si può avere a carico del rene con insufficienza renale reversibile che progredisce fino a divenire irreversibile a causa del deposito di fosfati di calcio a livello tubulare con danno strutturale renale. L'ipercalcemia grave è anche associata con alterazioni elettrocardiografiche che possono manifestarsi con la presenza di aritmie cardiache. Alterazioni della calcemia con valori oltre una certa soglia possono condurre rapidamente ad insufficienza renale e shock che può evolvere fino al decesso. L'ipocalcemia è di frequente asintomatica, le manifestazioni cliniche che possono presentarsi sono perlopiù legate alle alterazioni di potenziale elettrico della membrana neuromuscolare, si può avere quindi la presenza di crampi muscolari che in casi di severa ipocalcemia (con valori meno di 7 mg/dl) può evolvere in tetania con spasmo laringeo e convulsioni generalizzate. L'ipocalcemia grave può anche causare alterazioni elettrocardiografiche che possono condurre da aritmie fino al blocco cardicao. Nell'ipocalcemia cronica è possibile osservare cute secca con aspetto a scaglie, unghie fragili e capelli ispessiti, inoltre, si può avere un'alterazione del metabolismo dei tessuti oculari che può condurre allo sviluppo di cataratta.

Fosforo (PO43-)

Nell'organismo adulto sono contenuti in media circa 600-650 grammi di fosfato, di cui almeno l'80% è localizzato nel tessuto osseo, di contro la frazione plasmatica dei fosfati è piuttosto ridotta ma, ciononostante, esplica diverse funzione biologiche di notevole rilevanza. Il fosforo, come estere fosforico di diversi composti organici entra in diverse tappe del metabolismo degli zuccheri, è fondamentale nei processi cellulari di immagazzinamento, trasferimento e liberazione di energia, è un costituente fondamentale degli acidi nucleici (DNA ed RNA) ed entra nella composizione dei fosfolipidi di membrana, indispensabili nella composizione delle membrane delle cellule. Di contro i fosfati inorganici, presenti nel plasma e quindi dosabili dal punto di vista analitico, giocano un ruolo fondamentale, insieme al calcio, nel metabolismo del tessuto osseo, essi contribuiscono inoltre al mantenimento dell'equilibrio acido-base e, quindi, del pH del sangue e risultano importanti nei processi di eliminazione degli ioni H+ per via urinaria, attraverso l'eliminazione di radicali fosfato. Un'iperfosfatemia si presenta perlopiù in maniera asintomatica, anche se calcificazioni a carico dei tessuti molli si verificano nei pazienti affetti da insufficienza renale con valori plasmatici di calcio e fosforo che si mantengono elevati per lungo tempo. Anche l'ipofosfatemia solitamente decorre in maniera asintomatica, in ogni caso un'ipofosfatemia cronica grave può determinare anoressia, debolezza muscolare, osteomalacia che può evolvere fino a rabdomiolisi, anemia emolitica, difetti di funzionalità piastrinica e nei casi estremi encefalopatia, coma e morte.  

Magnesio (Mg2+)

Il magnesio è, in ordine di abbondanza, il quarto catione presente nell‘organismo dopo calcio, sodio e potassio. La maggior parte di esso (~65%) è localizzato nel tessuto osseo mentre il restante si trova quasi totalmente all'interno delle cellule. Solo l'1% circa del magnesio totale si ritrova nei fluidi extracellulari, in buona parte legato alle proteine circolanti. Il magnesio è uno ione indispensabile per l'attività di diversi processi enzimatici e per la sintesi proteica, inoltre riveste effetti rilevanti sul tono muscolare e sul funzionamento del sistema nervoso centrale. La presenza di una ipermagnesiemia nella maggior parte dei casi è asintomatica, quando si manifesta essa determina nausea, vomito, astenia, torpore e depressione nervosa e può risultare pericolosa in pazienti affetti da insufficienza renale, in questi casi, infatti gli elevati livelli di magnesio vanno a potenziare gli effetti cardiaci dell'iperkaliemia. Di contro l'ipomagnesiemia è una situazione relativamente frequente e di solito decorre asintomatica fino a valori particolarmente bassi del catione, quando compaiono parestesie, formicolii, tetania, convulsioni ed alterazioni elettrocardiografiche.  

Rame

Il rame è un minerale presente in tracce in tutti i distretti dell'organismo. Partecipa alla sintesi del gruppo eme ed è, quindi, implicato nella produzione di emoglobina e globuli rossi facilitando l'assorbimento del ferro ed è presente in molti enzimi implicati nelle più svariate attività metaboliche o è indispensabile per la loro attività: è implicato nella sintesi della melanina, nel metabolismo proteico e nella biosintesi dei fosfolipidi di membrana della mielina delle cellule nervose, nella biosintesi dell'RNA e nella “costruzione” e nel mantenimento della struttura delle ossa, contribuisce inoltre all'elasticità delle fibre muscolari e nei processi di cicatrizzazione. Il rame in circolo è legato per il 95% circa alla ceruloplasmina, una proteina di origine epatica dotata di attività ossidasica, fondamentale nell'ossidazione del ferro proveniente dai depositi ferritinici ed implicata nel trasporto del rame nei diversi distretti dell'organismo. La ceruloplasmina diminuisce nelle sindromi di Menkes e di Wilson e nei casi di deficit di carenza di rame. Di contro, essa aumenta in alcune patologie neoplastiche, in particolare nel linfoma di Hodgkin, negli stati infiammatori, nella cirrosi biliare ed in alcune patologie autoimmuni quali l'artrite reumatoide ed il LES (lupus eritematoso sistemico). L'ipocupremia (carenza di rame) può essere dovuta a sindromi da malassorbimento, sindrome nefrosica o malattia di Menkes; quest'ultima è una cerebropatia genetica legata al sesso che colpisce solo i neonati maschi e determina un da un disturbo nell'assorbimento intestinale del rame, questa patologia causa anche una notevole diminuzione della ceruloplasmina. Effetti da tossicità del rame sono piuttosto rari in quanto il minerale assunto con la dieta viene assorbito e depositato solo in piccolissime quantità, nell'ordine del 30%, mentre la maggior parte viene eliminata, attenzione va posta solo nel caso di disordini congeniti del metabolismo del rame come nel morbo di Wilson, un raro disturbo genetico in cui si ha un anomalo accumulo di rame negli organi con ipocupremia e diminuzione nella sintesi di ceruloplasmina. Nell'ipercupremia, l'aumento del rame libero circolante provoca un accumulo a livello epatico, cerebrale, renale e corneale con disturbi nel corretto funzionamento di questi organi. Un'ipercupremia è frequente in pazienti con patologie epatiche, durante stati infettivi e/o infiammatori, dopo eventi traumatici, nell'infarto miocardico acuto ed in diverse patologie ematologiche, di origine non neoplastica (talassemia, anemie aplastiche, anemia perniciosa ed anemia falciforme) e neoplastica (leucemie e linfomi). Nelle forme neoplastiche i valori della cupremia possono essere utilizzati come indice della risposta al trattamento chemio-radioterapico.  

Zinco

Lo zinco è un minerale traccia presente nell'organismo in quantità superiori a qualsiasi altro oligoelemento con l'eccezione del ferro. Questo minerale, dotato di spiccate proprietà antiossidanti, è necessario per il corretto assorbimento e per la funzionalità di diverse vitamine, in particolare quelle del gruppo B, entra nella costituzione di numerosi enzimi implicati nei processi digestivi e metabolici oltre che negli enzimi deputati all'eliminazione dell'alcool,  è un componente dell'insulina e svolge un ruolo importante nel metabolismo dei carboidrati, del fosforo e nella sintesi degli acidi nucleici. In generale lo zinco risulta indispensabile per la crescita generale e per il corretto sviluppo degli organi dell'apparato riproduttivo e per la funzionalità prostatica. Lo zinco è un minerale relativamente non tossico, anche se elevati livelli ematici possono interferire con il metabolismo del rame e del ferro a livello epatico e possono determinare alterazioni dei livelli ematici di colesterolo e lipoproteine, degenerazioni a livello del muscolo cardiaco e del rene con insufficienza renale e sterilità. Effetti della carenza di zinco, causati perlopiù da una dieta squilibrata, determinano stanchezza ed affaticabilità, maggiore predisposizione alle infezioni per immunodepressione, rallentamento delle attività mentali ed in età pediatrica ritardo nella crescita e nella maturazione sessuale. Si possono osservare inoltre alterazioni nella coordinazione muscolare, anoressia, lesioni dermatologiche e sterilità.    

Manganese

Il manganese è un minerale presente solo in tracce nell'organismo, svolge il suo ruolo fisiologico nell'attivazione di alcuni enzimi implicati nel metabolismo di alcune vitamine e nella sintesi di carboidrati, lipidi e proteine. Il manganese è altrettanto importante per il normale sviluppo scheletrico e, dopo il parto, è coinvolto nella produzione di latte. Svolge infine importanti ruoli regolatori nel metabolismo degli ormoni sessuali e del sistema nervoso. Il dosaggio del manganese assume un valore anche nell'ambito della tossicologia, infatti, lavoratori dell'industria o persone esposte per inquinamento di falde acquifere ad alti livelli di questo metallo possono sviluppare una sindrome da ipermanganesemia caratterizzata da debolezza e difficoltà motorie associate ad alterazioni della psiche. Gli effetti di una carenza di manganese portano, invece, ad una diminuzione della tolleranza glucidica e ad effetti sul sistema neuro-muscolare con paralisi, convulsioni, cecità e sordità nel neonato e vertigini, atassia, acufeni e sordità nell'adulto.